杨柳溪水库坝肩卸荷岩体绕渗问题研究

熊剑

（贵州省正安县水务局，贵州 正安 563400）

1 工程概况

杨柳溪水库位于正安县中观镇南面的晏溪村境内，坝址处于乌江水系芙蓉江右岸支流马河上游的右岸支流杨柳溪下游的崖脚河段。杨柳溪水库总库容787×104m3，年供水量882×104m3，水库为Ⅳ等小（1）型水利工程。

工程区位于扬子准地台、黔北台隆、遵义断拱之风冈北北东向构造变形区。坝基弱风化岩体为CⅣ～BⅢ2类，满足建基岩体质量要求；坝基及两岸防渗下限深入透水率小于等于5 Lu的岩体以下5～10 m，能满足坝基防渗的要求。必须进一步查明坝基岩体风化、软弱夹层分布、岩体质量及物理力学参数、变形及抗滑稳定条件和防渗边界等。

2 模型构建

该水库右坝肩下伏于河床覆盖层以下基岩渗透分区，根据示踪剂法渗透测试结果及钻孔压水试验结果，可将右坝肩分成强透水层、中等透水层和弱透水层，且不同渗透分区基本与岸坡常规卸荷带、深卸荷带、新鲜岩体相对应。三维渗流计算过程中，按照各向异性渗透介质确定裂隙岩体渗透特性和渗透张量。

三维渗流模型中X 轴平行于坝轴线，且以朝向右岸向为正；Y轴垂直向上为正向；Z轴向与坝轴线垂直。从坡脚处依次向上下游取200 m，垂直向下取2 650 m；顺坝轴线向坡内延伸310 m。三维渗流模型共包括27 756个单元和287 910个节点，网格划分见图1。

图1 渗流计算模型网格图

该水库坝基主要采用混凝土防渗墙接土工布的防渗措施，坝肩设置防渗帷幕。参考相关工程资料，防渗墙宽度和深度应按照80 cm 和60 m 确定，且其渗透系数应按1×10-7cm/s 取值；防渗帷幕设计宽度为2.50 m，基岩内防渗帷幕渗透系数取1×10-5cm/s，防渗效果必须达到1 Lu。

3 卸荷岩体绕渗分析

结合工程经验，杨柳溪水库防渗墙底部覆盖层内防渗帷幕的防渗效果达到1 Lu存在较大难度。故渗流计算时必须对覆盖层中防渗帷幕水平深度、垂直深度等展开分析；同时对不采取任何防渗措施下的渗流情况展开比较分析。

3.1 防渗帷幕水平深度

在进行防渗帷幕水平深度确定时，墙底灌浆深度始终按照60 m 控制，坝肩帷幕深度在52.01～198.30 m 之间变化，分别与强透水层和中等透水层底界对应。通过三维渗流计算确定该水库防渗帷幕水平深度坝肩卸荷岩体渗流量，结果见表1，表中方案1～7为防渗墙底部设置60 m深的帷幕，方案8为不设置任何防渗措施。

表1 水库坝肩卸荷岩体渗流量表

据表中结果，与无任何防渗措施相比，在防渗墙、防渗帷幕、土工布等的综合作用下，总深流量显著减小。当水平帷幕深度穿过岸坡卸荷区后，随着水平帷幕深度的增大，对绕坝肩深流量的降低效果持续。可见，该水库工程设计方案中所采取的岸坡正常卸荷底界水平防渗帷幕深度切实合理；通过比较表中所列不同方案总渗流量，方案7总渗流量最小，为推荐方案。

考虑到坝基坝肩强透水区被坝基防渗墙、坝肩水平防渗帷幕、墙底垂直防渗帷幕等所构成的防渗系统所封堵，透过强透水区岩体的库水渗漏实际上已经不存在；方案1～7中强透水区渗漏量均不存在。而不采取任何防渗措施的方案8中库水主要顺着渗流路径最短的通道下渗。因右岸强弱卸荷岩体及地表覆盖层均属于强透水性介质，渗流必然经过卸荷岩体与覆盖层。

3.2 防渗帷幕垂直深度

结合以上分析结果，防渗墙底覆盖层内防渗帷幕具有较大的透水性，表明右坝肩防渗帷幕与防渗墙效果较好，为论证防渗墙底垂直防渗帷幕取消的可行性，展开墙底防渗帷幕深度对渗流影响的分析。

根据计算结果，在减小防渗墙底帷幕深度后总渗流量呈增大趋势，但将防渗墙底防渗帷幕彻底取消后，总渗流量为不采取任何防渗措施下总渗流量的7.33%，防渗效果衰减并不明显，表明坝基防渗墙对坝基渗流量具有显著削弱作用，但防渗墙底帷幕对降低坝基渗流量效果并不明显。此外，如果在防渗墙底河床覆盖层再设置60 m深的帷幕灌浆，既延长工期，增大工程投资，又难以保证防渗效果，故杨柳溪水库坝基防渗墙下可不设置帷幕灌浆。

3.3 覆盖层防渗帷幕渗透性

根据该水库坝高及坝前坝后水头差，应在防渗墙设置预留孔并对透水基岩及墙底覆盖层实施帷幕灌浆，以保证渗径的增大，减缓悬挂式防渗墙渗流量。基岩中防渗帷幕防渗效果控制在1 Lu相对容易，而深厚覆盖层防渗效果要控制在1 Lu存在较大困难。通过三维渗流展开计算，得出的覆盖层防渗帷幕渗流量见表2。表中方案7、7 Lu2～7 Lu10 中防渗墙底帷幕深度全部为60 m，右坝肩水平帷幕深度全部采用52.52 m设置，基岩防渗效果全部为1 Lu；与表1一样，方案8为不采取任何防渗措施的方案。

表2 覆盖层防渗帷幕渗流量表

根据分析结果，随着覆盖层透水性的增大，渗流量和帷幕灌浆效果均增大，但即使覆盖层中防渗帷幕效果达到10 Lu，总渗流量也仅为不采取任何防渗措施下渗流量的6.42%，防渗效果较好，且这一防渗水平施工中也容易实现。

4 结论

结合以上分析结果及水库渗流观测资料，采取了文中所提出的绕渗处理措施后，杨柳溪水库坝肩卸荷岩体渗漏点并无增多现象，渗漏点排水量也无明显增大，扬压力和绕坝渗流无明显异常。为保证水库大坝长期安全运行，必须依托文中所构建的三维渗流模型，优化渗流监测点分布和数据采样周期，完善大坝渗流监测体系，及时发现大坝运行过程中坝肩卸荷岩体等绕坝渗流问题，并采取有效措施。